[논문 리뷰] KRATOS: Multi-User Multi-Device-Aware Access Control System for the Smart Home

Amit Kumar Sikder, Leonardo Babun외 6명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 22.

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting참고 문헌 31인용 수 16

한 줄 요약

Kratos는 스마트 홈에서 다중 사용자 및 다중 장치 인식 접근 제어를 지원하는 시스템으로, 유연한 정책 정의, 우선순위 기반 협상에 의한 자동 충돌 해결, 최소한의 오버헤드로도 강력한 실행을 가능하게 한다. 실제 스마트 홈 배포 환경에서 평가한 결과, 접근 제어 충돌의 100%를 해결하고 높은 정확도로 위협을 탐지하며, 기존의 거시적 솔루션을 능가한다.

ABSTRACT

In a smart home system, multiple users have access to multiple devices, typically through a dedicated app installed on a mobile device. Traditional access control mechanisms consider one unique trusted user that controls the access to the devices. However, multi-user multi-device smart home settings pose fundamentally different challenges to traditional single-user systems. For instance, in a multi-user environment, users have conflicting, complex, and dynamically changing demands on multiple devices, which cannot be handled by traditional access control techniques. To address these challenges, in this paper, we introduce Kratos, a novel multiuser and multi-device-aware access control mechanism that allows smart home users to flexibly specify their access control demands. Kratos has three main components: user interaction module, backend server, and policy manager. Users can specify their desired access control settings using the interaction module which are translated into access control policies in the backend server. The policy manager analyzes these policies and initiates negotiation between users to resolve conflicting demands and generates final policies. We implemented Kratos and evaluated its performance on real smart home deployments featuring multi-user scenarios with a rich set of configurations (309 different policies including 213 demand conflicts and 24 restriction policies). These configurations included five different threats associated with access control mechanisms. Our extensive evaluations show that Kratos is very effective in resolving conflicting access control demands with minimal overhead and robust against different attacks.

연구 동기 및 목표

• 기존의 단일 사용자 접근 제어 방식이 다중 사용자, 다중 장치 스마트 홈 환경에서 가지는 한계를 해결하기 위해.
• 사용자가 스마트 홈 장치에 대해 복잡하고 동적이며 상충되는 접근 요구를 표현할 수 있도록 하기 위해.
• 우선순위 기반 협상 메커니즘을 통해 충돌하는 접근 정책을 자동으로 해결하기 위해.
• 역할 기반 우선순위와 장치별 제한 조건을 포함한 미세 조절 접근 제어를 제공하기 위해.
• 실제 세계의 위협에 대비하여 생산 환경에 가까운 조건에서 시스템의 효과성과 보안성을 평가하기 위해.

제안 방법

• Kratos는 사용자 인터랙션 모듈, 백엔드 서버, 정책 번역 및 협상용 정책 관리자로 구성된 삼단계 아키텍처를 사용한다.
• 사용자 요구를 표현하기 위해 형식적 정책 언어를 사용하며, 이는 장치 접근, 시간 제약 조건, 사용자 역할을 포함한다.
• 정책 관리자는 사용자 요청 간의 충돌을 우선순위 기반 협상 알고리즘을 적용하여 해결하며, 사용자 우선순위와 시스템의 안전성을 최적화한다.
• 시스템은 스마트 홈 플랫폼과의 보안적이고 인증된 통신을 통해 협상된 정책을 스마트 홈 장치에 적용한다.
• 역할 기반 접근 제어(RBAC) 원칙과 동적 정책 평가를 통합하여 비대칭적이고 시간 민감한 접근 요구를 처리한다.
• 실제 스마트 홈 테스트베드(17대의 장치)에 구현하여 309개의 실제 사용자 생성 정책(213개의 충돌 및 24개의 제한 포함)을 사용해 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 사용자, 다중 장치 스마트 홈 환경에서 상충되는 사용자 요구가 있는 상황에서 접근 제어 정책을 어떻게 민감하게 표현할 수 있는가?
• RQ2 사용자 우선순위와 시스템 보안을 존중하면서도 충돌하는 접근 요청을 자동으로 해결할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 과도하게 특권이 부여된 사용자 또는 악성 정책 구성으로 인한 위협을 탐지하고 완화하는 데 시스템의 효과는 어떠한가?
• RQ4 실제 스마트 홈 배포 환경에서 정책 협상 및 실행의 런타임 오버헤드는 얼마나 되는가?
• RQ5 다양한 실제 생활 상황에서 다수의 사용자와 장치를 포함한 접근 제어 시나리오에서 시스템의 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 평가 과정에서 213개의 충돌 시나리오 중 Kratos는 100%의 충돌 해결 성공률을 보이며 충돌 해결 능력의 완전성을 입증하였다.
• 시스템은 정의된 5개의 위협 모델을 모두 100% 정확도로 탐지하여 일반적인 접근 제어 취약점에 대한 강건성을 확인하였다.
• 정책 협상 및 실행 과정에서 최소한의 런타임 오버헤드가 발생했으며, 실시간 스마트 홈 운영에서 성능 저하가 눈에 띄게 관찰되지 않았다.
• 17대의 장치를 포함한 실제 스마트 홈 플랫폼에 구현된 결과, 생산 환경에서의 접근 방식의 실현 가능성과 실용성을 확인하였다.
• 사용자가 생성한 정책, 복잡한 제한 조건과 동적 접근 요구를 포함하여 시스템이 정확히 해석하고 실행하였다.
• 우선순위 기반 협상 메커니즘이 보안과 시스템 무결성을 유지하면서도 상충되는 사용자 요구를 효과적으로 균형 잡는 데 기여하였다.